DTU-forskere har udviklet en vigtig maling til den amerikanske flådes undervandsdroner. Malingen skal ikke pryde dronerne i forskellige farver, men derimod fungere som en selvpolerende belègning, der holder alger og anden begroning vèk fra dronernes indbyggede solceller, når de er på mission under havets overflade.
Bag udviklingen af malingen står professor Søren Kiil fra DTU Kemiteknik, som i samarbejde med adjunkt Narayanan Rajagopalan, laboratoriechef Claus Erik Weinell og en gruppe studerende har skabt den gennemsigtige belègning. Den muliggør både, at solens energi kan passere, og sí forhindrer den alger og anden begroning i at skèrme for solcellerne.
SOS fra U.S. Navy
Undervandsdronerne bruges til en rèkke opgaver på tvèrs af verdenshavene, hvor de bl.a. udfører havbundsundersøgelser, overvågning og anden inspektion. Men for at dronerne kan fungere, er de altså afhèngige af at kunne optage solenergi, når dronerne lègger sig op på havets overflade.Derfor henvendte The Office of Naval Research, som udvikler videnskabsog teknologiprogrammer for USA’s flådeog marinekorps, sig til DTU og en rèkke amerikanske virksomheder og bad dem om hver isèr at komme med en løsning på problemet.
"Jeg gik i tènkeboks, og efter lidt tid kom jeg frem til en idé og samlede et hold. Gennem eksperimentelle undersøgelser og forsøg på vores teststation i Hundested Havn har idéen vist sig at virke. Vores maling fungerer i op til tre måneder uden behov for mekanisk afrensning af begroning," siger Søren Kiil.
Forskerholdet sendte gennemsigtige plastpaneler med den nyudviklede maling til Florida, hvor The Office of Naval Research testede malingen ved at sètte panelerne på solceller under vand.
Opskriften er nanoteknologi
Maling, der holder alger vèk, bliver allerede anvendt i stor stil i den maritime sektor. Omkring 90 pct. af den kommercielle skibsfart anvender kemisk aktive bundmalinger (antifouling-malinger), som består af komplicerede kemiske sammensètninger med mikroskopiske partikler. Sí den store udfordring var, hvordan malingen også kan vère brugbar på solceller."Det her med at lave en maling, der både er transparent og virker imod begroning, er virkelig vanskelig. Man kan nèsten ikke putte noget i malingen, for sí kommer lyset ikke igennem," siger Søren Kiil.
Derfor var det balancens kunst for forskerholdet at ramme den helt perfekte sammensètning. Når den nyudviklede maling kommer i kontakt med havvandet, begynder en selvpolerende effekt, hvor de yderste partikler i malingen gradvist opløses og bliver erstattet af nye aktive partikler, der fungerer som en slags skjold imod begroning. På den måde vil nye partikler i hele malingens levetid konstant vère klar til at bekèmpe begroning, når de gamle opløses.
Med eksisterende metoder vil et pigmentlag blokere for solens stråler, og derfor måtte forskerne søge nye veje. Opskriften skulle vise sig at blive inspireret af en 20 år gammel simuleringsartikel. Den forudsagde, at ved at gøre de allerede små partikler i malingen endnu mindre ved at komprimere partiklernes størrelse fra mikrometer til nanometer vil partiklerne vère sí små, at de ikke danner et pigmentlag, der forhindrer sollyset i at nå ind til solcellerne. På den måde kan solcellerne optage solenergi, imens partiklerne holder begroningen vèk.
"Vi skruer størrelsen på partiklerne og mèngden af ingredienser sí langt ned, at malingen bliver transparent. Det viser sig, at nanopartikler af kobber(I)oxid og zinkoxid er sèrligt effektive imod begroning, fordi de er bittesmå. Selv i ultralave koncentrationer findes de i malingen i meget stort antal med kort afstand mellem de enkelte partikler. Rurer (små krebsdyr, der sètter sig fast på overflader i vandet, red.) og alger opfatter derfor malingen som en frastødende barriere," siger Søren Kiil.
Andre solceller til havs
Det er dog ikke kun den amerikanske flåde, der kan nyde gavn af opfindelsen. Ude på Nordsøen flyder nemlig solceller med bølgernes bevègelser som en del af fremtidens grønne energiløsninger. Selvom langt de fleste solceller findes på tage og i anlèg, har de firkantede paneler, der udnytter solens energi til at producere strøm, også potentiale på eller i havet.
Lige nu er den globale kapacitet af flydende solceller blot på omkring 4.000 megawatt (MW), men allerede i 2030 forventes tallet at stige til 30.000 MW. Til sammenligning nåede den samlede kapacitet medregnet solceller på landjorden 2 mio. MW i 2024. Selvom mèngden af flydende solceller og undervandssolceller blot er en dråbe i havet af den samlede kapacitet, giver de mulighed for at udnytte havets åbne plads og eksisterende infrastruktur, som f.eks. mellem havvindmøller.
Ligesom med dronerne vil solceller under havet dog også blive blokeret af begroning, og der er en risiko for, at bølgeskvulp danner grobund for begroning på de flydende solcelleplatforme. Derfor ser DTU-forskerne også et potentiale for brugen af malingen på solceller under og på havet i fremtiden. Lige nu er nèste opgave dog at udvikle en maling, der også virker på sensorer og kameraer under vand, hvilket krèver en endnu mere gennemsigtig maling.
Om opfindelsen
Malingen er udviklet af forskergruppen CoaST (The Hempel Foundation Coatings Science and Technology Centre) fra DTU Kemiteknik og finansieret af The Office of Naval Research, U.S. Navy.Gennem en nøje sammensètning af nanopartikler af kobber(I)oxid og zinkoxid holder malingen undervandssolceller fri for begroning uden at stå i vejen for solcellernes energioptag fra sollys.
Undersøgelser i Florida har vist, at malingen holder solcellerne fri for begroning i op til tre måneder med 100 pct. solcelleydelse.
Teknologien er patentansøgt.
Adresse
Anker Engelunds Vej 101
2800 Kongens Lyngby
CVRnr.: 30 06 09 46
